罐316積蓄可吸收經(jīng)由慣性管314流入及流出的工作氣體的壓力振動程度的工作氣體。
[0030]積蓄在緩沖罐316的工作氣體的壓力保持在斯特林型脈沖管制冷機100的平均壓力左右。其中，所謂“斯特林型脈沖管制冷機100的平均壓力”是指，壓縮機200所產(chǎn)生的工作氣體的壓力振動的平均值，例如可以設為2MPa左右。
[0031]上述結(jié)構(gòu)的斯特林型脈沖管制冷機100產(chǎn)生寒冷的工作原理如下。S卩，壓縮機200向從蓄冷管304至慣性管314為止的內(nèi)部空間供給伴有正弦波狀的壓力振動的工作氣體。從壓縮機200供給的工作氣體被后冷卻器302冷卻之后，被蓄冷管304內(nèi)的蓄冷材料進一步冷卻。經(jīng)由脈沖管310到達慣性管314的工作氣體在流經(jīng)慣性管314和緩沖罐316時，在壓力變化與流量變化之間產(chǎn)生相位差。
[0032]因此，在脈沖管310的內(nèi)部，工作氣體的壓力與流量之間也產(chǎn)生相位差。其結(jié)果，工作氣體在脈沖管310的內(nèi)部膨脹。該工作氣體的膨脹成為脈沖管310的低溫端中的PV做功，在低溫端產(chǎn)生寒冷。被冷卻的工作氣體被整流器308整流之后通過冷頭306，并對冷頭306進行冷卻。工作氣體通過冷頭306之后，冷卻蓄冷管304內(nèi)的蓄冷材料并返回到壓縮機200。
[0033]通過反復進行以上動作，實施方式所涉及的斯特林型脈沖管制冷機100能夠產(chǎn)生大致77K的寒冷。
[0034]接著，對設置于蓄冷管304的高溫側(cè)的狹窄區(qū)域304b進行說明。
[0035]如上所述，蓄冷管304與脈沖管310并排配置。在此，假設在蓄冷管304的整個內(nèi)部區(qū)域填充有蓄冷材料，則蓄冷管304內(nèi)部的流路阻力會變大，有可能產(chǎn)生壓力損失。因此，通常在蓄冷管304內(nèi)，蓄冷材料容納于低溫端側(cè)的蓄冷材料容納區(qū)域304a，而高溫端側(cè)的狹窄區(qū)域304b則成為僅供工作氣體流通的空間，并且作為所謂的調(diào)整蓄冷管304與脈沖管310的長度的連接器發(fā)揮功能。由于狹窄區(qū)域304b為僅供工作氣體流通的空間，因此成為死容積。另外，狹窄區(qū)域304b例如由鋁形成，還可以作為支承容納于蓄冷材料容納區(qū)域304a的蓄冷材料的支承部件發(fā)揮功能。
[0036]圖2為示意性地表示本發(fā)明的實施方式所涉及的后冷卻器302及蓄冷管304的連接關系的圖，且為放大表示狹窄區(qū)域304b的圖。如圖2所示，在狹窄區(qū)域304b的蓄冷材料容納區(qū)域304a側(cè)的出口設有越往蓄冷材料容納區(qū)域304a截面積越變大的第1錐部322a。同樣，在狹窄區(qū)域304b的后冷卻器302側(cè)的出口設有越往后冷卻器302截面積越變大的第2錐部322b。
[0037]狹窄區(qū)域304b容納于真空容器500內(nèi)，置于真空環(huán)境中。由于狹窄區(qū)域304b被真空絕熱，因此本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在狹窄區(qū)域304b中工作氣體通過壓縮機200的作用而被絕熱壓縮，導致工作氣體的溫度上升。工作氣體的溫度上升會導致蓄冷材料的溫度上升，甚至會成為斯特林型脈沖管制冷機100的制冷性能下降的一個原因。根據(jù)以上內(nèi)容，若從抑制由工作氣體的絕熱壓縮引起的發(fā)熱的觀點及減少斯特林型脈沖管制冷機100的死容積的觀點來看，狹窄區(qū)域304b中的工作氣體流通區(qū)域的體積越小越好。
[0038]另一方面，如上所述，實施方式所涉及的斯特林型脈沖管制冷機100的制冷循環(huán)的頻率為30Hz以上。與例如吉福德-麥克馬洪(Gifford-McMahon ；GM)式制冷機的制冷循環(huán)的頻率相比，這是較高的頻率。因此，若為了減少工作氣體流通區(qū)域的體積而縮小蓄冷管304的高溫端側(cè)的流路，則流路阻力會變大。這樣會使斯特林型脈沖管制冷機100的壓力損失的影響變大，因此不優(yōu)選縮小蓄冷管304的高溫端側(cè)的流路。
[0039]本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，蓄冷管304的高溫側(cè)的區(qū)域(即狹窄區(qū)域304b)的體積與由絕熱壓縮引起的發(fā)熱及死容積的抑制、壓力損失的抑制之間存在此消彼長的關系。因此，本申請的發(fā)明人進行了改變蓄冷管304內(nèi)的狹窄區(qū)域304b的流路直徑，并查看77K下的斯特林型脈沖管制冷機100的制冷能力的實驗。
[0040]圖3為以表格形式表示改變狹窄區(qū)域304b的截面積與蓄冷材料容納區(qū)域304a的截面積之比并查看77K下的斯特林型脈沖管制冷機100的制冷能力的實驗結(jié)果的圖。本申請的發(fā)明人通過實驗發(fā)現(xiàn)，狹窄區(qū)域304b的截面積與蓄冷材料容納區(qū)域304a的截面積之比為4%時，斯特林型脈沖管制冷機100的制冷能力最大。并且還發(fā)現(xiàn)，只要狹窄區(qū)域304b的截面積為蓄冷材料容納區(qū)域304a的截面積的3%以上且7%以下，就處于能夠抑制由工作氣體的絕熱壓縮引起的發(fā)熱，且能夠抑制由壓力損失引起的制冷性能的下降的范圍內(nèi)。
[0041]并且，本申請的發(fā)明人觀察到，狹窄區(qū)域304b的截面積只要在蓄冷材料容納區(qū)域304a的截面積的10%以下，則對抑制由工作氣體的絕熱壓縮引起的發(fā)熱且抑制由壓力損失引起的制冷性能的下降具有一定效果。
[0042]如以上說明，通過調(diào)整位于蓄冷管304的高溫端側(cè)的狹窄區(qū)域304b的截面積，能夠提尚斯特林型脈沖管制冷機100的制冷能力。
[0043]如上所述，在狹窄區(qū)域304b的兩端分別設有第1錐部322a及第2錐部322b。由此，能夠降低流入到狹窄區(qū)域304b的工作氣體的流路阻力。并且，在狹窄區(qū)域304b的體積相同的情況下，若對狹窄區(qū)域304b由一條流路構(gòu)成的情況和由多個細的流路構(gòu)成的情況進行比較，則前者的流路阻力比后者的流路阻力小。因此，狹窄區(qū)域304b優(yōu)選為一條直線上的貫穿通道。
[0044]以上，根據(jù)實施例對本發(fā)明進行了說明。本發(fā)明并不限定于上述實施方式，可進行各種設計變更且具有各種變形例，并且這種變形例也屬于本發(fā)明的范圍，這被本領域人員所認可。
[0045]上述說明中，作為斯特林型脈沖管制冷機100以蓄冷管304與脈沖管310并排連接的回流式斯特林型脈沖管制冷機為例進行了說明。然而，斯特林型脈沖管制冷機100并不限于直線型。例如，也可以是在蓄冷管304中內(nèi)置有脈沖管310的所謂同軸回流式斯特林型脈沖管制冷機。此時，只要在蓄冷管304的高溫端側(cè)設置流路直徑變窄的狹窄區(qū)域304b即可。
【主權(quán)項】
1.一種斯特林型脈沖管制冷機，其配置于真空環(huán)境中，該斯特林脈沖管制冷機的特征在于，具備: 冷頭，對冷卻對象進行冷卻； 蓄冷管，具備高溫端和低溫端，且所述低溫端與所述冷頭連接； 脈沖管，具備高溫端和低溫端，且所述低溫端與所述蓄冷管的低溫端連接；及 凸緣，支承所述蓄冷管的高溫端和所述脈沖管的高溫端， 所述蓄冷管和所述脈沖管并排延伸在所述凸緣與所述冷頭之間， 所述蓄冷管在低溫端側(cè)具備用于容納蓄冷材料的蓄冷材料容納區(qū)域，且在高溫端側(cè)具備狹窄區(qū)域， 所述狹窄區(qū)域的截面積為所述蓄冷材料容納區(qū)域的截面積的10%以下。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斯特林型脈沖管制冷機，其特征在于， 所述斯特林型脈沖管制冷機的制冷循環(huán)的頻率為30Hz以上， 所述狹窄區(qū)域的截面積為所述蓄冷材料容納區(qū)域的截面積的3%以上且7%以下。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斯特林型脈沖管制冷機，其特征在于， 在所述狹窄區(qū)域的蓄冷材料容納區(qū)域側(cè)的出口設有越往所述蓄冷材料容納區(qū)域截面積越變大的第1錐部。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的斯特林型脈沖管制冷機，其特征在于，還具備: 冷卻部，與所述狹窄區(qū)域連接，且冷卻所述斯特林型脈沖管制冷機的工作氣體， 在所述狹窄區(qū)域的所述冷卻部側(cè)的出口具備越往所述冷卻部截面積越變大的第2錐部。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的斯特林型脈沖管制冷機，其特征在于， 所述狹窄區(qū)域由鋁形成。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高斯特林型脈沖管制冷機的制冷能力的技術。配置于真空環(huán)境中的斯特林型脈沖管制冷機(100)中，冷頭(306)對冷卻對象進行冷卻。蓄冷管(304)具備高溫端和低溫端，且低溫端與冷頭連接。脈沖管(310)具備高溫端和低溫端，且低溫端與蓄冷管的低溫端連接。凸緣(320)支承蓄冷管的高溫端和脈沖管的高溫端。蓄冷管和脈沖管并排延伸在凸緣與冷頭之間。蓄冷管在低溫端側(cè)具備用于容納蓄冷材料的蓄冷材料容納區(qū)域(304a)，且在高溫端側(cè)具備狹窄區(qū)域(304b)。狹窄區(qū)域的截面積為蓄冷材料容納區(qū)域的截面積的10％以下。
【IPC分類】F25B9/14
【公開號】CN105402922
【申請?zhí)枴緾N201510518564
【發(fā)明人】中野恭介, 平塚善勝
【申請人】住友重機械工業(yè)株式會社
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年8月21日